2026年2月9日，浙江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院劉建祥教授課題組在Science Bulletin發(fā)表了題為“The E3 ubiquitin ligase MIEL1 promotes thermo-responsive growth by blocking auto-ubiquitination and self-degradation of XBAT31”的研究論文。該研究首次揭示E3泛素連接酶MIEL1以非經(jīng)典的方式，通過抑制E3泛素連接酶XBAT31自泛素化協(xié)同分級(jí)調(diào)控植物溫度響應(yīng)性生長(zhǎng)的分子機(jī)制。

全球變暖對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育、形態(tài)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)量品質(zhì)構(gòu)成嚴(yán)重威脅，其中溫和高溫作為信號(hào)引起植物形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為熱形態(tài)建成。模式植物擬南芥以胚軸伸長(zhǎng)為主要研究指標(biāo)，建立以PIF4為核心樞紐的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。已知溫度感受器（如ELF3、phyB、PIF7）將溫度信號(hào)傳遞給轉(zhuǎn)錄因子PIF4，進(jìn)而激活生長(zhǎng)素等熱響應(yīng)基因表達(dá)，引起胚軸伸長(zhǎng)。而植物如何精確感知并傳遞溫和高溫信號(hào)，最終實(shí)現(xiàn)“道法自然”的適應(yīng)性生長(zhǎng)，其上游信號(hào)調(diào)控機(jī)制亟待深入研究。

前期研究發(fā)現(xiàn)E3泛素連接酶XBAT31介導(dǎo)溫度感受器ELF3泛素化降解正向調(diào)控溫和高溫引起的胚軸伸長(zhǎng)。本研究通過酵母雙雜交篩庫(kù)鑒定到另一個(gè)E3泛素連接酶MIEL1。研究證實(shí)，MIEL1能夠與XBAT31及XBAT31N段在體外和體內(nèi)發(fā)生相互作用。表型分析發(fā)現(xiàn)，MIEL1是熱形態(tài)建成中的正調(diào)控因子，且MIEL1和XBAT31共同位于ELF3信號(hào)通路上游，通過調(diào)控ELF3蛋白含量以激活PIF4的轉(zhuǎn)錄活性，從而促進(jìn)胚軸伸長(zhǎng)生物學(xué)過程。

圖1 E3泛素連接酶MIEL1通過XBAT31-ELF3-PIF4通路調(diào)控?zé)嵝螒B(tài)建成

為闡明兩個(gè)E3泛素連接酶的調(diào)控關(guān)系，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)MIEL1突變導(dǎo)致XBAT31蛋白水平顯著降低，而XBAT31突變對(duì)MIEL1蛋白無影響。體外泛素化實(shí)驗(yàn)確認(rèn)XBAT31和MIEL1不能彼此泛素化，暗示MIEL1可能通過其它方式穩(wěn)定XBAT31。進(jìn)一步研究表明XBAT31自身能夠在體外和體內(nèi)發(fā)生相互作用，并且介導(dǎo)XBAT31的自泛素化降解。質(zhì)譜鑒定到的泛素化位點(diǎn)突變后XBAT31蛋白在MIEL1突變體中的降解受到抑制。此外，MIEL1突變后XBAT31的泛素化程度增加。那么，MIEL1如何參與XBAT31自泛素化過程從而引起蛋白含量變化？3D結(jié)構(gòu)模型預(yù)測(cè)及酵母三雜結(jié)果發(fā)現(xiàn)MIEL1能夠有效抑制XBAT31之間的相互作用，從而抑制XBAT31的自泛素化及隨后的降解過程，最終維持XBAT31蛋白穩(wěn)定性。

圖2 MIEL1通過防止XBAT31的自泛素化降解調(diào)控?zé)嵝螒B(tài)建成

綜上，溫和高溫條件下,WT中MIEL1能夠與XBAT31發(fā)生相互作用，阻礙XBAT31之間的相互作用，維持XBAT31蛋白穩(wěn)定性，XBAT31介導(dǎo)ELF3的泛素化降解過程，減輕ELF3對(duì)PIF4轉(zhuǎn)錄活性的抑制作用，促進(jìn)熱響應(yīng)基因的表達(dá)，促進(jìn)胚軸伸長(zhǎng)。而MIEL1突變體中，MIEL1蛋白缺失導(dǎo)致XBAT31自身發(fā)生相互作用，介導(dǎo)自泛素化降解過程，ELF3蛋白含量增加抑制PIF4的轉(zhuǎn)錄活性，熱響應(yīng)基因表達(dá)減少，胚軸伸長(zhǎng)受到抑制（圖1）。該研究首次揭示E3泛素連接酶MIEL1以非經(jīng)典的方式，通過抑制XBAT31自泛素化協(xié)同分級(jí)調(diào)控?zé)嵝螒B(tài)建成的分子機(jī)制，拓展對(duì)兩個(gè)E3泛素連接酶調(diào)控的研究思路及上游信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)搭建。通過對(duì)泛素連接酶精準(zhǔn)調(diào)控蛋白穩(wěn)定性的機(jī)制研究，為作物生物育種提供基因靶點(diǎn)，助力培育耐高溫作物新品種。

浙江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院已出站博士后張霖霖（現(xiàn)為中國(guó)水稻研究所特聘副研究員）為該論文的第一作者及共同通訊作者，浙江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院劉建祥教授為該論文最后通訊作者。浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄧志平研究員、浙江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士生周強(qiáng)華、高娟，已畢業(yè)的博士生田瑩瑩和碩士生羅惠丹也參與該項(xiàng)研究工作。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金和博士后科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927326001593